通風系統(tǒng)風量風壓的測量

1、實驗一 風管風壓、風速、風量的測定一、 實驗目的在通風除塵工程中，需要對系統(tǒng)中風壓、風速及風量進行測定調(diào)整，使系統(tǒng)能在正常運行工況下工作。測量風壓、風速及風量的方法有許多種，現(xiàn)場測定一般采用畢托測壓管和不同種類的微壓計或U型管來進行測量。通過實驗，使學生掌握風管截面的測點布置方法，熟悉風壓、風速及風量測量儀表的結(jié)構及工作原理，掌握風壓、風速及風量的測量方法和計算公式，為專業(yè)測試打下基礎。二、實驗裝置 通風系統(tǒng)綜合測定實驗裝置如圖1-1所示，該裝置由風管、風機及測量箱組成。 圖1-1 通風系統(tǒng)綜合測定實驗裝置實驗系統(tǒng)的正壓管段與負壓管段均設有測壓孔，可用畢托管直接在測量斷面上進行測量。在風機入口

2、，出口側(cè)各安裝有測量風量的測量箱，在箱內(nèi)安裝有標準空氣流量噴嘴，為了使測量段的空氣流速場較為均勻、在噴咀前后各設有整流板，其穿孔率約為40，測量箱斷面尺寸按空氣流速不大于O.76ms考慮。 I號測量箱，安裝有標準噴嘴計3個，其規(guī)格為： D100 2個 D50 1個 實驗系統(tǒng)風量可通過調(diào)節(jié)多葉調(diào)節(jié)閥來改變其大小。三、實驗原理及實驗方法(一) 畢托管與微壓計測量風壓、風速及風量空氣在風管中流動時，管內(nèi)空氣與管外空氣存在有壓力差，這個壓力差是直接由風管管壁來承受的，稱為靜壓Pj，就空氣某一質(zhì)點來說，所承受的靜壓的方向為四面八方。由于空氣在風管內(nèi)流動，形成一定的動壓，即為氣流的動能。動壓數(shù)學表達式 （

3、Pa）或 P（）動壓的方向為空氣流動的方向。靜壓與動壓之和稱為總壓，數(shù)學表達式為 （Pa） 在畢托管上有測量總壓、靜壓的測孔，與微壓計配合使用，就可測出流體的靜壓、總壓與動壓。靜壓和總壓有正負之分，動壓只為正值。在測量總壓和靜壓時，如數(shù)值超過微壓計的量程，則采用U型管壓力計。 測出空氣動壓值后，即可求得相應的空氣流速?？諝饬魉?（m/s）或 （m/s）測出測量斷面面積F及計算出空氣的平均流速后即可計算空氣體積流量L。（）或 （）空氣的質(zhì)量流量 （） 或 （）式中： 空氣的動壓（Pa）； 空氣的流速(m/s)； 空氣的平均流速(m/s)； 測量斷面上空氣密度(kg/m3)； 測量斷面上空氣比重(

4、kgf/m3)； 用工程單位表示的空氣動壓（）； G 重力加速度，g=9807(m/s2)； 空氣的靜壓（Pa)； 空氣的總壓（Pa)； L/ 用工程單位表示的空氣體積流量（m3/h)； G/ 用工程單位表示的空氣質(zhì)量流量 (kg/h)。在現(xiàn)場測定時，測量斷面的選擇是很重要的。測點應選擇在氣流比較平直、擾動較少的直管段上。如有彎頭或三通等部件，則測點應選在這些部件之前大于2倍管道直徑處；如在這些部件之后，應距這些部件大于45倍管道直徑。在調(diào)節(jié)閥前后應避免布置測點。管內(nèi)靜壓的測定，除用畢托管外，也可直接在管壁上開一個小孔，焊接一測壓短管測得。小孔徑直徑應小于2mm，鉆孔應與管壁垂直，而且孔口內(nèi)壁

5、不應有毛刺。 在測定風壓時，畢托管與微壓計的連接方法應視測點位置是處于正壓段還是負壓段而定。當測點在通風機前的吸入段時，其總壓及靜壓為負值，故其接管應與微壓計的傾斜管的一端連接。當測點在通風機后的壓出段時，其總壓為正值，而靜壓視情況而定，一般情況下為正值。對于動壓值，則不管測點在壓出段或吸入段，其值永遠是正值。 畢托管與微壓計的接管，可參照圖1-2所示，圖中畢托管的總壓端用“+”表示，靜壓端用“-”表示。圖1-2 畢托管與微壓計的接管示意圖由于氣流速度在管道斷面上的分布是不均勻的，因此，在同一斷面上必須進行多點測量，然后求出該斷面的平均流速。1、 對于矩形管道，可將管道斷面劃分若干個等面積的小

6、矩形，測點布置在每個小矩形的中心。小矩形每邊的長度為200mm左右，使其面積不大于O.05m2，但其數(shù)目應不小于9個，如圖1-3所示。圖1-3 矩形風管測點布置圖 圖1-4 圓形斷面測點布置圖 2、 對于圓形管道，可將管道斷面劃分為若干個等面積的同心環(huán)，然后在環(huán)上的水平及垂直向布置測點，如圖1-4所示。同心環(huán)的環(huán)數(shù)如下表1-1。表1-1 同心環(huán)的環(huán)數(shù)劃分風管直徑D（mm）30030050050080080011001100劃分的環(huán)數(shù)m23456同心環(huán)上各測點距中心的距離按下式計算：式中： 風管的半徑（mm）； 風管中心到第i點的距離（mm）； 從風管中心算起的同心環(huán)順序號； M 風管斷面上劃分

7、的同心環(huán)數(shù)。實際上在測定時，應求出各環(huán)測點至管壁的距離。各環(huán)測點至管壁的距離為： 各環(huán)測點至管壁的距離如圖1-5所示。圖1-5 圓環(huán)測點布置圖各環(huán)測點至管壁的距離也可直接用表1-2求得。 表1-2 各環(huán)測點至管壁的距離測點號環(huán) 數(shù)345610.09R0.07R0.05R0.04R20.29R0.21R0.16R0.13R30.59R0.39R0.29R0.24R41.41R0.65R0.45R0.35R51.71R1.35R0.68R0.5R61.91R1.61R1.32R0.71R71.79R1.55R1.29R81.93R1.71R1.50R91.84R1.65R101.95R1.76R1

8、11.87R121.96R按上面的方法測得斷面上各點動壓后，應按下式求其平均動壓：式中： n測點數(shù)目。取兩軸線的動壓平均值，即。 在現(xiàn)場測量中，若測點處受渦流影響，使動壓的某些讀值為負值或零時，在計算中可視該點的讀值為零。 管道內(nèi)的平均總壓可按下式求之：。(二) 標準空氣流量噴嘴測量風量根據(jù)節(jié)流原理，流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生壓差，而且流過的流量愈大，在節(jié)流裝置前后所產(chǎn)生的壓差也就愈大。故通過測量壓差，即可計算出流量。對于不可壓縮流體，通過單個噴嘴的風量接下式計算： (m3/s) (kg/s) 式中： L 通過單個噴嘴的空氣體積流量(m3/s)； G 通過單個噴嘴的空氣質(zhì)量流量(kg/s)； 噴嘴

9、流量系數(shù)，根據(jù)表1-3查得；F0 噴嘴的開孔面積(m2)；P 噴嘴前后的靜壓差或噴嘴喉道處的動壓(Pa)； 噴嘴進口處的濕空氣密度，可近似取相同狀態(tài)的干空氣密度(kgm3)。在工程上為簡化計算，流量單位常采用m3/h或kg/h，噴嘴開孔直徑單位常采用mm，壓力、壓差單位常采用mmH2O(kgm2)，所以，對上述流量基本方程式進行處理后，得實用流量方程式，即為： (m3/h)或 （kg/h）式中：； D 噴嘴的開孔直徑（mm）；P/ 噴嘴前后的靜壓差或噴嘴喉道處的動壓（mmH2O）。表1-3 噴嘴流量系數(shù)表值40.000.97380.000.983250OO0.99350.000.977100.

10、00O985300.00O99460.00O979150.00O988350.000.99470.000.981200.00O991表中： V 噴嘴喉部空氣流速，測量時要求15V355(ms)； D 噴嘴喉部即開孔直徑(m)； 一 空氣的運動粘性系數(shù)(m2s)。當使用一個以上的噴嘴時，總風量為通過各單個噴嘴風量的總和。 （三) 用進口流量管測量風量（擴展） 進口流量管安裝在系統(tǒng)風管的入口處，根據(jù)節(jié)流原理，流體被吸進流量管后，沿著漸縮的型面逐步加速，而靜壓降低。而且壓差與流量有關。進口流量管的進口線型光潔，流體通過時流場均勻，阻力較小，而且結(jié)構簡單、計算方便。進口流量管見圖1-6所示。圖1-6

11、進口流量管列端面00和斷面II之間的伯努利方程為： 得 由于 故流速公式又為： 式中：B 大氣壓力(Pa)； P1 測定斷面空氣的絕對壓力(Pa)； 測定斷面上靜壓測孔所測得的靜壓，即真空度(Pa)； 進口流量管的阻力系數(shù)； 空氣密度（kg/m3）。 令為流速系數(shù)，經(jīng)實驗測定本系統(tǒng)安裝的流量管流速系數(shù)為。因此，通過流量管的風量： （m3/s）其中：（m2）。在應用進口流量管時，在其入口前一定不得有障礙物，以免流速發(fā)生擾動。一般要求在風管軸線方向的10 D范圍內(nèi)，以及在垂直風管軸線方向4D范圍內(nèi)不應有障礙物，以免引起測量誤差。（四）用測壓十字架簡易測量風量（擴展）在經(jīng)常需測量的通風系統(tǒng)中，為了能

12、使測量簡單迅速，可在風管中安裝測量平均全壓的測壓十字架（笛形管），測孔數(shù)及位置是根據(jù)風管尺寸大小而定；若在測壓斷面上再焊接一個測靜壓短管，即可配合微壓計測出平均動壓。因測壓十字架并非是標準測壓管，在使用之前必須用標準畢托管進行校正，其校正系數(shù)為：式中： 在風管中標準畢托管測得的平均動壓值（Pa）； Pd 測壓十字架測得的動壓值（Pa）。校正K值時應在不同的風量下進行。由此，用測壓十字架測得的平均風速為 （m/s）圖1-7 測壓十字架測量風量（五）利用管路彎頭流量計簡易測量風量（擴展）氣體通過彎管時，由于離心力的作用，在彎管內(nèi)、外側(cè)壁面上產(chǎn)生了靜壓差。對于一定形狀的彎頭，在其彎曲中心最遠和最近位

13、置上所測得的靜壓差與通過的流體的體積成正比。對于圓形90o彎頭，其通過的流量為： （m3/s）式中： 流量系數(shù)，當l時，1.0； R 彎頭的曲率半徑(m)； D 彎頭的內(nèi)徑(m)； 在彎頭對稱（45o）斷面上從兩側(cè)取壓口測得的靜壓差（Pa）； 空氣密度( kg/m3)。如要求測量精度高于5，則需用畢托管對其計算公式進行校正，確定流量系數(shù)。同時，也需對彎頭的曲率半徑及彎頭內(nèi)徑D進行較精確的測量。 因彎頭流量計可直接安裝在風管管路的轉(zhuǎn)彎處，所以，利用彎頭對風量進行測定時，沒有造成附加壓力損失(如采用孔板流量計，則會產(chǎn)生一定的壓力損失)。此外，安裝簡易且廉價，在相同風量下測定，產(chǎn)生的壓差數(shù)值大于畢托

14、管所測定的動壓值。測量彎頭之前應有盡可能長的直管段，即進入彎頭時斷面上的氣流速度能較為均勻，這樣能使測量的壓差較為穩(wěn)定，波動小。如彎頭置于前25D、后10D內(nèi)無局部阻力處，則測定的結(jié)果將更加精確。四、實驗內(nèi)容與要求1、運行通風系統(tǒng)，用各種方法(由實驗教師指定)對系統(tǒng)風量進行測定。2、變化若干次風量，測量系統(tǒng)風壓、風速及風量。 3、對實驗數(shù)據(jù)進行整理，撰寫實驗報告。實驗二 排氣罩性能測定一、 實驗目的在通風工程中，常使用各種形式的排氣罩，由于系統(tǒng)中空氣的流動均屬于自模區(qū)，因此對于定型的排氣罩，其局部阻力系數(shù)及流量系數(shù)均為定值，與雷諾數(shù)和相對粗糙度無關。通過實驗，使學生了解局部阻力系數(shù)及流量系數(shù)的

15、測量方法，熟悉測量儀表的結(jié)構及工作原理，掌握排氣罩風量計算方法，為專業(yè)測試打下基礎。二、實驗原理及實驗方法（一）排氣罩阻力及阻力系數(shù)的測定 圖2-1 動壓法測定排風量裝置 圖2-2靜壓法測定排風量裝置排氣罩的阻力為排氣罩罩口O一0斷面與排氣罩出口l一1斷面的總壓差。由于罩口斷面的總壓（表壓）等于零，所以（Pa） 式中： 一 罩口斷面的總壓(Pa)； 11斷面的總壓(Pa) 一 11斷面的動壓(Pa)； 11斷面的靜壓(Pa)。 由流體力學可知，排氣罩的局部阻力系數(shù)為 （1） 因此，用動壓法測定出11斷面處的及值，就可以得出值。實驗時應改變?nèi)舾纱物L量，最后求其的平均值。（二）排氣罩風量的測定排氣罩風量的測定可用動壓法測出ll斷面的動壓值，求得平均流速，再按下式求排氣罩的排氣量L。 （m3/h） （2） 式中：F 斷面l一1的面積(m2)； V 斷面1一l的流速(ms)； 斷面11的空氣密度(kgm3)。 在現(xiàn)場測定排氣罩的風量時，往往由于排氣罩與干管的連接管很短，又有彎頭、三通等部件，不易找到比較穩(wěn)定的測定斷面，使得用動壓法測定有一定困難。在這種情況下，可用圖2-2靜壓法測定排